Проблемы фасовки сложных жидких продуктов с высокой вязкостью и способы их решения

Фасовка жидких продуктов с высокой вязкостью – одна из наиболее сложных задач в современной пищевой промышленности. Такие продукты, как мёд, томатная паста, сгущённое молоко, джемы, соусы и кремообразные массы, требуют особого подхода. Автомат для фасовки жидких продуктов должен обеспечивать точное дозирование при работе с веществами, вязкость которых может достигать 50 000-100 000 сПз (сантипуаз). Это в тысячи раз превышает вязкость воды.

Требования к автоматам для фасовки продуктов с высокой вязкостью

Современная пищевая промышленность сталкивается с постоянным ужесточением требований к качеству упаковки, точности дозирования и производительности. Автомат для фасовки жидких продуктов высокой вязкости должен не только обеспечивать стабильную работу, но и:

• обеспечивать сохранность продукта;

• предотвращать его загрязнение;

• минимизировать потери.

Но важно учесть, что многие вязкие продукты содержат частицы твёрдых включений. Это усложняет процесс фасовки.

Статистика показывает, что потери при неправильной фасовке продуктов с высокой вязкостью могут достигать 3-5% от общего объёма производства. В условиях массового производства это приводит к значительным финансовым потерям. Автомат для фасовки жидких продуктов с высокой вязкостью должен сокращать потери, обеспечивать точность дозирования в пределах ±0,5-1% от заданного объёма.

Основные проблемы фасовки вязких продуктов

Высокая вязкость жидких продуктов создаёт серьёзные трудности в части обеспечения точного дозирования. Это связано с их тиксотропными свойствами – способности менять вязкость в результате механического воздействия. Например, кетчуп при встряхивании становится менее вязким, а затем постепенно восстанавливает свою первоначальную консистенцию. Это приводит к неравномерному течению продукта через дозирующие системы.

Практический опыт работы с томатной пастой показывает, что при использовании стандартных поршневых дозаторов точность дозирования может отклоняться на 8-12% от заданного значения. Это происходит из-за того, что паста прилипает к стенкам цилиндра, не полностью выталкивается поршнем. Для решения этой проблемы компания Heinz внедрила специальные дозаторы с подогревом. Это позволило снизить отклонения до 2-3%.

Другая серьёзная проблема связана с образованием воздушных пузырей в вязких жидкостях. Например, мед содержит до 0,5% воздуха, что снижает точность дозирования. При его фасовке в банки объёмом 500 мл отклонение достигает 15-20 мл. Это недопустимо с точки зрения стандартов качества.

Проблемы течения и транспортировки

Жидкости с высокой вязкостью демонстрируют неньютоновское поведение при течении. Это нелинейная зависимость между приложенным напряжением и скоростью деформации. Результатом становится образование застойных зон в трубопроводах и неравномерное распределение продукта. Например, при транспортировке сгущённого молока через трубы диаметром 50 мм центральная часть потока может двигаться со скоростью 0,8 м/с, а у стенок она практически равна нулю.

При фасовке варенья на предприятии «Белорусские консервы» потери продукта из-за его прилипания к стенкам трубопроводов составляли 2,1% от общего объёма. Это соответствовало финансовым потерям в размере 180 000 рублей в месяц только по одной производственной линии.

Температурная зависимость вязкости также создаёт значительные проблемы. Вязкость мёда при температуре 15°C составляет 10 000 сПз, а при нагревании до 40°C она снижается до 200 сПз. Поэтому для обеспечения точного дозирования нужен постоянный контроль и регулировка параметров фасовочного оборудования.

Проблемы с образованием нитей и каплепадением

Вязкие продукты образуют длинные нити при прерывании потока. Это приводит к загрязнению упаковки, потере продукта. Например, томатная паста образует нити длиной до 30-40 см. Зачастую они попадают на внешнюю поверхность упаковки. Это не только ухудшает внешний вид продукта, но и создаёт антисанитарные условия.

Исследования, проведённые в НИИ пищевой промышленности, показали, что при фасовке джема потери от каплепадения могут составлять 0,8-1,2% от общего объёма продукта. Для предприятия, фасующего 10 тонн джема в день, это ежедневная потеря 80-120 кг продукта.

Особой сложностью отличается фасовка продуктов с включениями твёрдых частиц, таких как джемы с кусочками фруктов или соусы с травами. Они могут блокировать дозирующие отверстия, делать поток неравномерным. Это приводит к браку упаковки.

Технические решения проблем фасовки продуктов с высокой вязкостью

Для решения проблем с точностью дозирования вязких жидкостей разработаны специализированные дозирующие системы. Они учитывают особенности поведения таких продуктов. Объёмные дозаторы с компенсацией вязкости используют принцип предварительного сжатия продукта для устранения воздушных включений. Такие системы обеспечивают точность дозирования в пределах ±0,3% для продуктов с вязкостью до 50 000 сПз.

Практический опыт показал, что применение дозаторов с серводвигателями повышает точность фасовки томатной пасты на 40% по сравнению с традиционными пневматическими системами. Серводвигатели обеспечивают более плавное и контролируемое движение поршня. Это особенно важно при работе с тиксотропными жидкостями.

Роторные дозаторы с переменной геометрией камер показали эффективность при фасовке мёда и других продуктов с высокой адгезией. Такие системы используют специальные лопасти с тефлоновым покрытием. Они минимизируют прилипание продукта, обеспечивают полное опустошение дозирующих камер.

Системы подогрева и температурного контроля

Контроль температуры продукта – важный фактор, от которого зависит эффективность фасовки вязких жидкостей. Системы подогрева снижают вязкость продукта до оптимальных значений для фасовки. Например, подогрев мёда до 35-40°C снижает его вязкость в 20-30 раз. Это значительно повышает точность дозирования, скорость фасовки, минимизирует потери продукта.

Инфракрасные нагреватели показали эффективность при работе с джемами и конфитюрами. Они равномерно нагревают весь объём продукта без образования горячих точек, которые могут изменить его свойства и вкусовые качества. Использование контроллеров позволяет поддерживать оптимальную температуру с погрешностью ±1°C. Это дает возможность сохранять нужные показатели вязкости продукта на протяжении всего процесса фасовки.

Еще один важный аспект – теплоизоляция трубопроводов и дозирующих устройств. Она предотвращает остывание продукта, образование температурных градиентов, которые могут привести к неравномерному течению. Вакуумная изоляция трубопроводов снижает потери тепла на 85% по сравнению с обычными материалами.

Антиадгезионные покрытия и материалы

Применение специальных покрытий для поверхностей, контактирующих с продуктом, значительно снижает потери от его прилипания. Тефлоновые покрытия класса FDA обеспечивают коэффициент трения менее 0,1. Это почти полностью исключает прилипание большинства пищевых продуктов. Срок службы таких покрытий составляет 2-3 года при интенсивном использовании.

Керамические покрытия на основе диоксида титана показали отличные результаты при фасовке кислых продуктов, таких как томатная паста или фруктовые соусы. Они обладают не только антиадгезионными свойствами, но и отличаются высокой химической стойкостью. Это обеспечивает длительный срок эксплуатации.

Инновационные нанопокрытия на основе фторполимеров обладают самоочищающимися свойствами. Они формируют микротекстуру, которая предупреждает прилипание продукта, облегчает его удаление. Испытания показали, что использование нанопокрытий снижает потери продукта на 60-70% по сравнению с поверхностями из обычных материалов.